FENNTARTHATÓ TERMÉSZETI ERŐFORRÁS GAZDÁLKODÁS kötetsorozat A kötetsorozat szerkesztői: főszerkesztő: Gelencsér Géza szerkesztők: Farkas Dezső, Dr. Vona Márton
A NAPENERGIA HASZNOSÍTÁS TECHNOLÓGIÁJA
A forrásként felhasznált eredeti mű címe: Ausbildungsskriptum-Solarwärme, (Arsenal research 1030 Wien, Faradaygasse 3. 2004) Szerzők: Friedrich Brandste�er Christian Fink Roger Hackstock Gábor László Richard Riva Ralf Steffens
© Völgy Hangja Fejlesztési Társaság Közhasznú Egyesület ISBN 978-615-80209-3-0
5
Tartalom 1. A NAPENERGIA ENERGETIKAI CÉLÚ FELHASZNÁLÁSÁNAK LEHETŐSÉGEI ........................................................................................................... 1.1. Légfűtés napenergiával .............................................................................. 1.2. Hűtés napenergiával ................................................................................... 1.2.1. Hűtőberendezés üzemeltetése napelemes berendezéssel .. 1.2.2. Egy szorpciós hűtőberendezés fűtése ....................................... 1.3. DEC-rendszerek (Desiccant Cooling-Systems = szárítva hűtő rendszerek) .......................................................................................... 1.4. Napenergiás erőművek .............................................................................. 1.4.1. Parabola-csatornás erőművek ........................................................ 1.4.2. Naptorony-erőmű ............................................................................... 1.4.3. Dish-Stirling-berendezések ............................................................ 1.4.4. Termik szélerőművek ...................................................................... 2. A NAPENERGIÁVAL MŰKÖDŐ MELEGVÍZ-ELŐÁLLÍTÓRENDSZEREK LEGFONTOSABB RÉSZEI ................................................. 2.1. Kollektorok ..................................................................................................... 2.1.1. A kollektorok fajtái ........................................................................... 2.1.2. Energiaáramlások a kollektoron ................................................. 2.1.3. Visszaverődés, áteresztő képesség, elnyelés, kibocsátás (Reflexió, transzmisszió, abszorpció, emisszió) .................... 2.1.4. A kollektorok teljesítménye .......................................................... 2.1.5. A kollektorral szemben támaszto� minőségi követelmények ............................................................................................. 2.1.6. Síkkollektor .......................................................................................... 2.1.7. Vákuumcsöves-kollektor ................................................................ 2.1.8. Parabola bordázatú fényvisszaverővel elláto� kollektorok ........................................................................................... 2.1.9. Uszoda-abszorber ................................................................................ 2.1.10. Kollektor vizsgálat és műszaki adatok (olvasmány) .......... 2.1.10.1 Általánosságban ................................................................. 2.1.10.2. Próbahelyek ......................................................................... 2.1.10.3. A kollektor vizsgálatának lefolytatása ..................... 2.1.10.4. Vizsgálati eljárások ........................................................... 2.1.10.5. A jó kollektor referencia adatai ................................... 2.2. Csővezetékek ................................................................................................. 2.3. Tágulási tartály ............................................................................................. 2.3.1. Általános ismertetés ......................................................................... 2.3.2. Minimális folyadék a tartályban ................................................ 2.3.3. Előnyomás a tágulási tartályban ................................................ 2.3.4. Permeabilitás: áteresztő képesség .............................................. 2.3.5. Kollektor rendszer tágulási tartályának méretezése ..........
13 13 15 16 16 17 17 18 18 19 19 21 21 21 22 23 25 28 30 32 33 34 35 35 36 36 36 36 37 40 40 40 41 41 41
6 2.3.6. Szerelés .................................................................................................. 2.3.7. Karbantartás ........................................................................................ 2.4. Hőhordozó közegek .................................................................................... 2.4.1. Bevezetés ............................................................................................... 2.4.2. Hőhordozó közegek tulajdonságai ............................................ 2.4.3. Közegek fagyállósága ...................................................................... 2.4.4. Korrózióvédelem ............................................................................... 2.5. Tárolók .............................................................................................................. 2.5.1. Új fejlesztések (olvasmány) ........................................................... 2.5.2. Tároló közegek .................................................................................... 2.5.3. Követelmények a hőtároló közegekkel szemben a szolár berendezéseknél ............................................................... 2.5.4. Használati melegvíz tárolók ........................................................ 2.5.5. Puffertároló .......................................................................................... 2.6. Hőcserélők ...................................................................................................... 2.6.1. Általános ismertetés ......................................................................... 2.6.2. Lemezes hőcserélők .......................................................................... 2.6.3. Csőkígyós hőcserélők ...................................................................... 2.7. Légtelenítő berendezés .............................................................................. 2.8. Biztonsági szelep .......................................................................................... 2.9. Visszacsapószelep ........................................................................................ 2.10. Mennyiségszabályozó szelepek ........................................................... 2.11. Záró szelepek ............................................................................................... 2.12. Keringető sziva�yúk ................................................................................ 2.12.1. Általános információk .................................................................... 2.12.2. A sziva�yú jelleggörbéje és a munkapont ............................. 2.12.3. Nyomásveszteségek a szolár körben, sziva�yúk méretezése ........................................................................................... 2.13. Vizuális mérő- és ellenőrző berendezések ...................................... 2.14. Érzékelő elemek .......................................................................................... 2.14.1. KTY szenzorok ................................................................................... 2.14.2. Pt 100, Pt 1000 .................................................................................... 2.14.3. Sugárzás-érzékelők .......................................................................... 2.15. Szabályozás ................................................................................................... 2.15.1. Szabályozások módjai ..................................................................... 3. A NAPENERGIÁS BERENDEZÉSEK ÉPÜLETRE VALÓ INTEGRÁCIÓJA, BEÉPÍTÉSE ............................................................................................ 3.1. Napkollektorok tetőre szerelése ............................................................. 3.1.1. A kollektorok tetőbe integrálása ferde tetők esetén ........... 3.1.2. A tetőre (a felszínére) integrált kollektorok ferdetetőn ..... 3.1.3. Kollektor szerelés állvány-szerkezeten .................................... 3.1.4. A napkollektorok homlokzati integrációja ............................. 3.1.4.1. Hő- és nedvességszállítás a falszerkezeten keresztül ..................................................................................
44 44 45 45 46 47 48 48 49 49 50 51 53 53 53 54 57 59 60 61 62 62 63 63 63 66 70 71 72 72 73 73 74 77 78 78 80 81 84 85
7 3.1.4.2. A külső fal effektív U-értékének csökkentése ..................... 3.1.4.3. Színes abszorber rétegek ............................................................... 3.2. Energiatárolók integrálása az épületekben ...................................... 4. ALAPVETŐ INFORMÁCIÓK A NAPENERGIÁS RENDSZEREKHEZ ................................................................................................................ 4.1. Használati meleg víz és víz higiénia – Legionellák ...................... 4.2. Fontos sarokszámok a napenergiával támogato� hőellátó rendszerekhez ............................................................................................... 4.2.1. A napenergia fedezeti fok (SD Solarer Deckungsgrad) .... 4.2.2. A napenergiás kombi berendezések részére számíto� napenergia fedezeti fok családi házakban .............................. 4.2.3. A fajlagos napenergia hozam SE (Solarertrag) ...................... 4.2.4. Éves kihasználtsági fok SNutz (nutz: hasznos) ..................... 4.2.5. Szolár berendezés hatékonysági foka ....................................... 4.3. Napenergiás berendezések üzemelési módjai ................................. 4.3.1. High Flow rendszerek ..................................................................... 4.3.2. Low-Flow-rendszerek ...................................................................... 4.3.3. Low-Flow és High-Flow-rendszerek előnyei, hátrányai ... 4.3.4 Fordulatszám-szabályozás a napenergiás rendszer primer és szekunder körében; fordulatszámszabályzo� – illeszte� Low-Flow – átfolyás ........................... 4.4 A kollektorok hálózatos kapcsolása ...................................................... 4.4.1. Nagy felületű kollektorok .............................................................. 4.4.2 Hatékony kollektor csőhálózatok ................................................ 4.4.3 Dilatáció (hőtágulás kompenzációja) ........................................ 4.4.4. Légtelenítés és átmosási lehetősége ........................................... 4.5 Napkolletorok stagnációs viselkedése .................................................. 4.5.1 Folyamatok a rendszer stagnációs állapotában .................... 4.5.2 A kollektor- és rendszerhidraulika hatása a stagnációs viselkedésre ............................................................... 4.5.3 Az emeletes házakon elhelyeze� stagnáció-biztos rendszerek tervezése ........................................................................ 5. CSALÁDI HÁZAK SZOLÁR RENDSZEREINEK HIDRAULIKÁJA ÉS MÉRETEZÉSE ......................................................................................... 5.1. Szolár rendszerek használati melegvíz előállítására ..................... 5.1.1. A használati melegvíz előállító berendezéshidraulikája .......................................................................................... 5.1.2. Kollektor felszín és a használati melegvíztároló térfogatának meghatározása ......................................................... 5.1.3. A kollektorfelület dőlésszöge és kite�sége, mint befolyá soló tényezők ........................................................................ 5.2. Szolár berendezések használati melegvíz előállítására és helyiségfűtés támogatására (kombinált berendezések) .........
87 88 89 91 91 92 93 93 94 94 95 97 97 97 98 99 101 101 102 104 105 106 106 108 109 113 113 114 115 117 119
8 5.2.1. Tipikus hidraulikai kapcsolás a kombinált berendezésekben ............................................................................................... 5.2.1.1. Egy tárolós rendszerek ..................................................... 5.2.1.2. Két tárolós rendszerek ..................................................... 5.2.1.3. Szabadtéri úszómedencék felmelegítése kombi berendezésekkel ................................................................. 5.2.2. A kombi berendezések méretezése ............................................ 5.2.2.1. A kollektorfelület és az energiatároló térfogatának méretezése ...................................................... 5.2.2.2. A fűtési előremenő befolyása az adási fedezeti fokra ....................................................................... 5.2.2.3. A kollektor dőlésszögének és a déli tájoltságának befolyása a fedezeti fokra .................. 6. BERENDEZÉSHIDRAULIKA ÉS SZOLÁR RENDSZEREK MÉRETEZÉSE TÖBB SZINTES ÉPÍTMÉNYEK ESETÉN ................... 6.1. Napenergiával támogato� hőellátási koncepciók .......................... 6.1.1. Szolár támogatású hőellátási koncepciók a kétvezetékes hálózatok alapján ......................................................... 6.1.1.1. A hőtermelő bekötése ........................................................ 6.1.1.2. Kétvezetékes hálózatok a nem központosíto� lakás-állomásokra ............................................................. 6.1.1.3. Napenergiával támogato� kétcsöves hálózat, nem központosíto� használativíz-tárolókkal összekötve ............................................................................ 6.1.1.4. A kétcsöves hálózatok elvén működő, napenergiával támogato� rendszerek előnyei és hátrányai .......................................................................... 6.2. Napenergiával támogato� hőellátási koncepció a négycsöves hálózatok esetén .............................................................. 6.2.1. Napenergiával támogato� használati melegvíz előállítás ................................................................................................ 6.2.2. Napenergiával támogato� ké�árolós rendszerek ............... 6.3. A napenergiával támogato� használati melegvíz-készítés és helyiségfűtés-támogatás méretezése ............................................. 6.3.1. Kollektorfelület és szolártároló térfogat, kétcsöves hálóza�al összekapcsolva ............................................................. 6.3.2. Méretezési nomogram fix fajlagos szolártároló térfoga�al ............................................................................................. 6.3.3. Méretezési nomogram változó fajlagos szolártároló térfoga�al (206 ábra) ........................................................................ 6.4. A napenergiával támogato� használati melegvíz előállítás méretezése ..................................................................................................... 6.5. Az ellátás biztonságának bemérése .....................................................
120 121 129 131 134 135 139 140 143 143 143 143 144 152 154 155 156 157 159 159 160 163 167 169
9 6.5.1. Ellátás helyiséghővel és használati melegvízzel, lakásállomásoknál .............................................................................. 170 6.5.2. A hagyományos hőtermelő és a terheléskiegyenlítő tároló együ�működése ..................................................................... 171 7. A SZOLÁR RENDSZEREK BERENDEZÉSHIDRAULIKÁJA ÉS MÉRETEZÉSE TURISZTIKAI CÉLÚ ÉPÜLETEKBEN .................. 7.1. Négycsöves hálózatok, egytárolós rendszerekkel összekapcsolva ......................................................................................................... 7.2. Négycsöves hálózatok a két tárolós rendszerrel összekötve ..... 7.3. A kollektorfelület és a szolártároló térfogat méretezése ..............
175 177 178
TÁBLÁZATJEGYZÉK .................................................................................................. ÁBRAJEGYZÉK ..............................................................................................................
182 183
175
8. NAPELEMES RENDSZEREK ............................................................................... 195 8.1. Napelem: áram a napsugárzásból ....................................................................... 195 8.1.1. Bevezetés ........................................................................................................ 195 8.2. A napelem cellák és modulok felépítése és működési elve ...................... 196 8.2.1. Soros kapcsolás ............................................................................................ 200 8.2.2. Párhuzamos kapcsolás ............................................................................. 200 8.3. Napelem modulok ..................................................................................................... 202 8.3.1. Egykristályos (monokristályos) napelem-modulok ...................... 202 8.3.2. Polikristályos (multikristályos) modulok ......................................... 205 8.4. Inverterek (átalakítók) .............................................................................................. 209 8.5. Napenergiás technika .............................................................................................. 212 8.5.1. Optimális tájolás ......................................................................................... 212 8.5.2. Optimális méretezés ................................................................................. 213 8.6. Hálózatba táplálás ..................................................................................................... 8.6.1. Az inverter működése ............................................................................... 8.6.2. Az inverterek mérése ................................................................................ 8.6.3. Napelemes rendszerek védelme, lekapcsolása ..............................
214 215 216 217
8.7. Napelemek szerelése ................................................................................................. 8.7.1. Rögzítés ferdetetőn ..................................................................................... 8.7.2. Rögzítés tégla és tálcatetőn ..................................................................... 8.7.3. Univerzális horogtípus speciális cserépformákhoz .....................
218 218 218 218
10 8.7.4. Különleges szerelési útmutatások a hullámpala, vagy trapézlemez tetőkhöz ................................................................... 8.7.5. Szerelési útmutató a trapézlemez és szendvicstetőkhöz ........... 8.7.6. Szerelési útmutató az állófalcos lemeztetőkhöz ............................ 8.7.7. Szerelési útmutató a KalZip-lemeztetőkhöz (KalZip-csipesz) 8.7.8. Szorítók ...........................................................................................................
221 222 223 224 225
8.8. Modulszerelés ferdetetőkön ................................................................................. 8.8.1. Keresz�artó profilok ................................................................................. 8.8.2. Szerelési útmutató a modulszereléshez ........................................... 8.8.3. Külön útmutató a GridTop szereléshez ............................................
225 225 226 229
8.9. Általános útmutató a lapos tetős szerelések számára ................................ 230 8.10. Lesúlyozás, vagy rögzítés .................................................................................... 8.10.1. A súlyozásos megoldások határai ..................................................... 8.10.2. A súlyozásos megoldások méretezési feltételei .......................... 8.10.3. Lapos tetőn állványos szerelés (gyakorlati útmutató) .............. 8.10.4. Szerelési és súlyozási lehetőségek .................................................... 8.10.5. Kombinációk bilincsekkel, csavarokkal stb. ................................ 8.10.6. Műanyag lapok ......................................................................................... 8.10.7. Tartószerkezet teknőtámasztékkal ................................................... 8.10.8. Modulszerelés lapos tetőkön támasztó szerkeze�el ................. 8.10.9. „Prima Top” lapostető szerelési rendszer ......................................
230 231 233 236 239 240 241 242 243 244
8.11. Homlokzati rögzítések .......................................................................................... 245 8.12. Útmutató a laminált modulok rögzítésére ................................................... 247 8.13. Útmutató várható nagy hóterhelés esetén .................................................... 248 8.14. Szabadtéri szerelési rendszer ............................................................................. 248 8.14.1. Lopás elleni biztosítás ............................................................................ 249 8.15. Tetőbe építhető rendszer laminált modulok részére ............................... 249 8.15.1. Megjegyzések a villámvédelemhez és a túlfeszültséghez ..... 249 8.16. Biztonság és felelősség .......................................................................................... 250 8.16.1. Munkavégzés a tetőn ............................................................................. 250 8.17. Alumíniumprofil-rendszerek a napelemes modulok szerelésénél ..... 8.17.1. Tartó profilok normál alkalmazásra ................................................ 8.17.2. Ke�őshornyú szerelvénytartók .......................................................... 8.17.3. Különleges tartóprofilok, különösen nagy fesztávú objektumok részére ....................................................................................
251 251 253 255
11 8.17.4. Különleges tartó profilok, szabadfelületi rendszerek és különleges kivitelezések .......................................................................... 256 8.18. Szerelés ....................................................................................................................... 8.18.1. Útmutató a szereléshez ......................................................................... 8.18.2. Útmutató a rendszerstatikához ........................................................ 8.18.3. A tömítésre vonatkozó útmutatás ............................................................... 8.18.4. Szerelés modulszorítókkal ..................................................................
257 257 258 258 259
8.19. Szokásos szerelési formák összehasonlítása .............................................. 8.19.1. Egysoros rendszerek, vagy keresztsínes rendszerek ...............
261 261
8.20. Épület-homlokzaton történő szerelések ....................................................... 8.20.1. Általános útmutató épület-homlokzatokon történő szereléshez ....................................................................................................
262
8.21. Beépítési, alkalmazási példák ..........................................................................
264
8.22. Prefa tetőhorog .......................................................................................................
265
8.23. Aktív napkövető berendezések .......................................................................
266
262
